OCENA GŁĘBOKOŚCI TORU PODEJŚCIOWEGO NA POŁUDNIE OD ŁAWICY SŁUPSKIEJ W ASPEKCIE OBSŁUGI JEDNOSTEK O MAKSYMALNYCH GABARYTACH METODY UPROSZCZONE

Transkrypt

1 ZESZYTY NAUKOWE AKADEMII MARYNARKI WOJENNEJ ROK XLX NR 4 (179) 2009 Grzegorz Rutkowski Akademia Morska w Gdyni Andrzej Królikowski Akademia Marynarki Wojennej OCENA GŁĘBOKOŚCI TORU PODEJŚCIOWEGO NA POŁUDNIE OD ŁAWICY SŁUPSKIEJ W ASPEKCIE OBSŁUGI JEDNOSTEK O MAKSYMALNYCH GABARYTACH METODY UPROSZCZONE STRESZCZENIE Artykuł obejmuje ocenę maksymalnego zanurzenia statku handlowego, który przy działaniu różnych warunków zewnętrznych (przeciętnych i ekstremalnych) mógłby bezpiecznie prowadzić żeglugę (manewrować) w Rynnie Słupskiej, zachowując przy tym wymagany zapas wody pod stępką, czyli minimalną rezerwę nawigacyjną głębokości. Do określenia maksymalnego zanurzenia statku posłużymy się metodą praktyczną, wykorzystując definicję ryzyka nawigacyjnego oraz model przestrzenny domeny statku. Otrzymane wyniki porównamy z wytycznymi Rozporządzenia Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać morskie budowle hydrotechniczne obsługujące statki o określonych gabarytach. Słowa kluczowe: tor podejściowy, Rynna Słupska, maksymalne zanurzenie statku, rezerwa nawigacyjna głębokości, budowle hydrotechniczne. WSTĘP Pod pojęciem Rynny Słupskiej rozumieć będziemy akwen spłycony, ograniczony od północy Ławicą Słupską, od południa zaś płyciznami usytuowanymi wzdłuż wybrzeża polskiego w kierunku na wschód od latarni morskiej w Darłowie poprzez latarnie morskie Jarosławiec, Ustka, Rowy, Czołpino, Łeba do latarni morskiej Stilo. 35

2 Grzegorz Rutkowski, Andrzej Królikowski Do określenia maksymalnego zanurzenia statku posłużymy się metodą praktyczną, wykorzystując definicję ryzyka nawigacyjnego oraz model przestrzenny domeny statku [11]. Ocenę rezerwy nawigacyjnej głębokości (zapasu wody pod stępką) dokonamy przy działaniu różnych zakłóceń zewnętrznych (przeciętnych i ekstremalnych) dla przykładowych statków handlowych, a w szczególności: jednostki typu VLCC lub masowca o gabarytach: długość L = 350,0 m, szerokość B = 60,0 m, zanurzenie na Bałtyku 1 T D = T R = 15,00 m, współczynnik pełnotliwości kadłuba C B = 0,85; kontenerowca o gabarytach: długość L = 250,0 m, szerokość B = 32,0m, zanurzenie T D = T R = 12,00 m, współczynnik pełnotliwości kadłuba C B = 0,70; promu pasażerskiego o gabarytach: długość L = 140,0 m, szerokość B = 16,0 m, zanurzenie T D = T R = 7,50 m, współczynnik pełnotliwości kadłuba C B = 0,65; kutra rybackiego o gabarytach: długość LOA = 40,0 m, szerokość B = 8,5 m, zanurzenie T D = T R = 4,00 m, współczynnik pełnotliwości kadłuba C B = 0,63. Otrzymane wyniki porównamy z wytycznymi Rozporządzenia Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać morskie budowle hydrotechniczne obsługujące statki o określonych gabarytach. Wytyczne Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej w sprawie głębokości akwenów przy budowlach morskich i ich usytuowanie oraz sumaryczny zapas głębokości wody pod stępką kadłuba statku metoda uproszczona 1. Rozważając ewentualną budowę Systemu Rozgraniczenia Ruchu w obszarze Rynny Słupskiej zastosowanie będą miały wytyczne Rozporządzenia Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać morskie budowle hydrotechniczne i ich usytuowanie Dział II, Rozdział 3, (Dz.U ). Dla każdej budowli morskiej znajdującej się w obrębie obszaru polskiego określa się następujące trzy głębokości wody: głębokość projektowaną H p ; głębokość dopuszczalną H dop ; głębokość techniczną H t. 1 Limitowane zanurzenie T = 15,0 m przyjmowało się na Bałtyku jako maksymalne dla statków chcących bezpiecznie przepłynąć przez cieśniny duńskie (Wielki Bełt). Od listopada 2007 r. na skutek wypłycenia akwenu limitowane zanurzenie statków przepływających przez Wielki Bełt zredukowano jednak do 14,5 m (Notice to Marines, November 2007). 36 Zeszyty Naukowe AMW

3 Ocena głębokości toru podejściowego na południe od Ławicy Słupskiej Głębokość projektowana H p określona jest wzorem: H p = H t + t b, (1) H p głębokość projektowana [m]; H t głębokość techniczna [m]; tolerancja bagrownicza [m]. t b Wartość tolerancji bagrowniczej przyjmowana do obliczeń budowli morskich i projektowania robót czerpalnych, w zależności od miejsca ich prowadzenia, wynosi: t b = 0,25 m, przy robotach czerpalnych wykonywanych w portach morskich; t b = 0,35 m, przy robotach czerpalnych wykonywanych na zewnątrz portów morskich, a w szczególności na redach, na torach podejściowych, na trasach układania kabli i rurociągów na morzu terytorialnym i na morskich wodach wewnętrznych oraz przy profilowaniu dna morskiego pod budowle morskie. Projekt budowlany zawiera określenie szerokości pasa dna wzdłuż budowli morskiej, w którym ma być zachowana g łębokość dopuszczalna (H dop ). Jeżeli posiadana dokumentacja techniczna (np. mapa morska) dla istniejących budowli morskich określa tylko jedną głębokość akwenu, uznaje się ją za głębokość dopuszczalną (H dop ). Wówczas g łębokość techniczną (H t ) można wyrazić w metrach na podstawie wzoru: H t = H dop t b, (2) H t głębokość techniczna [m]; H dop głębokość dopuszczalna [m]; pełna tolerancja bagrownicza [m]. t b Przez g łębokość nawigacyjną (H n ) rozumie się różnicę rzędnych mierzoną od średniego poziomu morza SW do płaszczyzny poziomej, która jest styczna do najwyżej położonego dna w rozpatrywanym akwenie przeznaczonym do żeglugi. Przez głębokość nawigacyjną aktualną (H na ) rozumie się głębokość nawigacyjną (H n ) odniesioną do aktualnego poziomu wody. 4 (179)

4 Grzegorz Rutkowski, Andrzej Królikowski Zero mapy T Zmiana poziomu wody H n Zmiana zanurzenia statku H p H t Z R Z Z ϑ 1 Aktualny poziom dna Poziomu dna odczytany z mapy Hydrograficzny pom iar głębokości Hp Zmiana poziomu dna Rys. 1. Zobrazowanie rzeczywistego Z R oraz odczytanego z echosondy Z Z zapasu wody pod stępką na tle głębokości projektowanej akwenu H p, technicznej H t oraz nawigacyjnej H n Źródło: opracował G. Rutkowski. Dopuszczalne zanurzenie statku (T a ) na akwenach żeglugowych określa się, odejmując od głębokości nawigacyjnej aktualnej (H na ) wymagany w danych warunkach żeglugowych sumaryczny zapas głębokości wody pod stępką kadłuba statku (R t ): T a = H na R t, (3) T a dopuszczalne zanurzenie statku [m]; H na głębokość nawigacyjna aktualna [m]; R t sumaryczny zapas głębokości wody pod stępką kadłuba statku charakterystycznego umożliwiający, w miejscu usytuowania danej budowli morskiej, pływalność tego statku w najniekorzystniejszych warunkach hydrologicznych [m]. Kolejna zależność (4) przedstawia relację zachodzącą pomiędzy największym dopuszczalnym zanurzeniem kadłuba statku (T c ) a głębokością techniczną (H t ): H t = T c + R t, (4) T c największe dopuszczalne zanurzenie kadłuba równomiernie załadowanego statku [m]; R t sumaryczny zapas głębokości wody pod stępką kadłuba statku charakterystycznego umożliwiający, w miejscu usytuowania danej budowli morskiej, pływalność tego statku w najniekorzystniejszych warunkach hydrologicznych [m]. 38 Zeszyty Naukowe AMW

5 Ocena głębokości toru podejściowego na południe od Ławicy Słupskiej Sumaryczny zapas głębokości wody, o którym mowa we wzorach (3) i (4), nie może być mniejszy od minimalnego sumarycznego zapasu głębokości wody (R t min ) określonego w metrach według zależności: R min t η T c, (5) T c największe dopuszczalne zanurzenie kadłuba równomiernie załadowanego statku [m]; η współczynnik bezwymiarowy, zależny od rodzaju akwenu lub toru wodnego, określony w tabeli 1. W przypadku badanego akwenu minimalny sumaryczny zapas głębokości wody R t min obliczony dla różnych typów statków przedstawiono w tabeli 2. Tabela 1. Wartości bezwymiarowego współczynnika η w zależności od rodzaju akwenu lub toru wodnego Rodzaj akwenu lub toru wodnego η Akweny portowe osłonięte od falowania 0,05 Wewnętrzne tory wodne, obrotnice statków, baseny i kanały portowe, na których jednostki pływające korzystają z holowników 0,05 Zewnętrzne tory podejściowe z morza do portów i przystani morskich 0,10 Otwarte akweny morskie 0,15 Źródło: Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia r., DzU 1998, Nr 101, poz Przyjmując głębokość nawigacyjną aktualną akwenu przy przeciętnych warunkach nawigacyjnych H na = 17,0 m oraz gabaryty jednostek największych, jakie mogą wpłynąć na Bałtyk przez cieśniny duńskie (Wielki Bełt, H na = 17,0 m, T = 15 m), minimalny zapas głębokości wody pod stępką powinien wynosić nie mniej niż 2,25 m. W badanym przypadku kryterium bezpieczeństwa nawigacyjnego głębokości nie zostanie więc spełnione, bowiem: H t = 17,0 m 2,25 m = 14,75 m i jest mniejsze od maksymalnego zanurzenia jednostki T a = 15,0 m. W przypadku warunków ekstremalnych (duże falowanie) sytuacja byłaby znacznie gorsza, w rozważaniach należałoby bowiem zredukować głębokość nawigacyjną akwenu do H n1 = 16,50 m oraz zwiększyć maksymalne zanurzenie statku T a wskutek oddziaływania fali (przechyły boczne, wzdłużne itp.). Dla przykładu, sam przechył boczny do ± 5º statku o szerokości B = 60 m i zanurzeniu początkowym T a0 = 15,0 m może zwiększyć nam maksymalne zanurzenie statku o 2,56 m, czyli do wartości T a1 = 17,56 m. 4 (179)

6 Grzegorz Rutkowski, Andrzej Królikowski Tabela 2. Minimalny sumaryczny zapas głębokości wody R t min obliczony dla różnych typów statków dla akwenu spłyconego (rynny) na południe od Ławicy Słupskiej Typ jednostki Minimalny zapas Zanurzenie głębokości wody T c min R t VLCC (L = 350 m, B = 60 m, T = 15 m, C B = 0,85) 15,00 m 2,25 m Kontenerowiec (L = 250 m, B = 32 m, T = 12 m, C B = 0,70) 12,00 m 1,80 m Prom pasażerski (L = 140 m, B = 16 m, T = 7,5 m, C B = 0,65) 7,50 m 1,13 m Kuter rybacki (L = 40 m, B = 8,5 m, T = 4 m, C B = 0,63) 4,00 m 0,60 m Źródło: opracował G. Rutkowski. Wzrost zanurzenia statku wywołany przechyłem bocznym możemy obliczyć z zależności: II 1 ΔT = TM [ cos ( θ ) 1] + B sin ( θ ), (6) 7 2 ΔT II 7 zmiana zanurzenia wywołana przechyłem bocznym statku [m]; T M średnie zanurzenie statku [m]; θ kąt bocznego przechyłu statku [ ]; B szerokość statku [m]. Wzrost zanurzenia statku wywołany oscylacjami wzdłużnymi możemy obliczyć z zależności: I 1 1 ΔT7 = Lw tg ( Ψ ) L pp tg ( Ψ ), 2 2 (7) ΔT I 7 zmiana zanurzenia wywołana przechyłem wzdłużnym statku [m]; L w długość statku w obrębie wodnicy pływania [m]; L pp długość statku pomiędzy pionami [m]; Ψ kąt przechyłu wzdłużnego statku [ ]. Przy dużym oddziaływaniu fali na kadłub statku występują zarówno przechyły boczne, jak i wzdłużne. W praktyce jednak do określenia maksymalnego zanurzenia statku stosuje się jedynie większą wartość poprawek ΔT I 7 lub ΔT II 7 określonych ze wzorów (6) i (7). Reasumując powyższe, na podstawie wzorów (4) i (5) można określić wzór uproszczony na największe dopuszczalne zanurzenie statku T c, który mógłby bezpiecznie nawigować w akwenie o głębokości technicznej H t : T c H t 1 + η 40 Zeszyty Naukowe AMW, (8)

7 Ocena głębokości toru podejściowego na południe od Ławicy Słupskiej T c największe dopuszczalne zanurzenie kadłuba równomiernie załadowanego statku [m]; η współczynnik bezwymiarowy, zależny od rodzaju akwenu lub toru wodnego, określony w tabeli 1. głębokość techniczna [m]. H t Zgodnie z zależnością (8) największe dopuszczalne zanurzenie statku T c, który mógłby bezpiecznie nawigować w obrębie Rynny Słupskiej (akwen otwarty), nie powinno przekroczyć wartości T c1 = 14,78 m dla H t = 17,0 m (warunki przeciętne) i T c1 = 14,35 m dla H t = 16,5 m (morze wzburzone falowaniem). Przy określaniu głębokości nawigacyjnej akwenu posłużono się mapą morską Biura Hydrograficznego Marynarki Wojennej w Gdyni (Mapa Polska 252, INT1219). Minimalna głębokość akwenu odczytana z mapy nawigacyjnej w obrębie planowanego systemu rozgraniczenia ruchu na południe od Ławicy Słupskiej określona względem średniego poziomu morza wynosi 18 m. Zgodnie z zależnością (2) głębokość ta traktowana powinna być jako głębokość dopuszczalna akwenu (H dop ) obarczona błędem na tzw. dopuszczalne przegłębienie dna. Dla akwenów otwartych, takich jak Rynna Słupska, w których dno nie jest trwale umocnione, w trakcie całego okresu użytkowania budowli morskiej głębokość dopuszczalną H dop stanowi wyrażona w metrach suma: H dop = H t + R p, (9) H dop głębokość dopuszczalna budowli morskich [m]; H t głębokość techniczna budowli morskiej, określona zgodnie z wyżej podanymi zasadami; R p rezerwa na dopuszczalne przegłębienie dna w rejonie, w którym dno nie jest trwale umocnione, w trakcie całego okresu użytkowania budowli morskiej. Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia r. wartość rezerwy na dopuszczalne przegłębienie dna nie może być w tym wypadku mniejsza niż R p = 1,0 m, przy czym dla budowli morskich, dla których zrezygnowano z wykonania trwałego umocnienia dna oraz dla budowli morskich usytuowanych w rejonie łuku wklęsłego ujść rzek lub cieśnin do morza, przewężeń koryta akwenu, występowania dużego falowania lub znacznych prądów wody przy dnie akwenu wartość rezerwy R p przyjmuje się nie mniejszą niż 1,5 m. Do dalszych rozważań jako głębokość nawigacyjną akwenu przyjmiemy zatem zgodnie z zależnościami (3), (4) i (6) wartość H n1 = 17,0 m podczas nor- 4 (179)

8 Grzegorz Rutkowski, Andrzej Królikowski malnych warunków nawigacyjnych (18,0 m 1,0 m = 17,0 m) oraz H n2 = 16,5 m (18,0 m 1,5 m = 17,0 m) dla warunków ekstremalnych (duże falowanie, silne prądy wody przy dnie akwenu). Powyższe rozważania dotyczące faktycznej wartości głębokości nawigacyjnej badanego akwenu potwierdziła opinia pracowników Urzędu Morskiego w Gdyni. Kontrola głębokości akwenu wykonana przez nich w 2007 roku potwierdziła występowanie w bliskim sąsiedztwie lub w obrębie badanego akwenu odosobnionych niebezpieczeństw nawigacyjnych w postaci głazów, łach piachu, wraków morskich i innych wypłaceń umiejscowionych na głębokościach od 17 m od aktualnego poziomu morza podczas pomiarów (±0,50 m). Polskie obszary morskie traktuje się jako morze bezpływowe. Głębokość wody mierzy się na nich od poziomu zera mapy, który dla badanego obszaru morskiego określony jest względem średniego poziomu morza SW (±0,50 m). Zgodnie z wieloletnimi obserwacjami prowadzonymi przez Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej w Gdyni w badanym akwenie można spodziewać się znacznych zmian poziomu morza względem poziomu wody średniej (SW = 500) przekraczających wartość ΔH n = R p = 1 m. Zmiany te są szczególnie widoczne w okresie jesiennozimowym. Dla przykładu, w 2001 roku różnice pomiędzy ekstremalnymi wartościami poziomów wody wysokiej (WW) i wody niskiej (NW) na polskim wybrzeżu wahały się od 146 cm w Ustce, 150 cm w Łebie do 206 cm w Świnoujściu [13]. W skali wielolecia (lata ) obserwowano wodę wysoką (WW) wyższą od poziomu wody średniej (SW) o ponad 130 cm w Ustce i 140cm w Łebie oraz wodę niską (NW) niższą od wody średniej (SW) o 54 cm w Łebie i 60 cm w Ustce. Porównanie ekstremalnych poziomów wody zanotowanych w 2001 roku wzdłuż polskiego wybrzeża Bałtyku z wartościami ekstremalnymi z wielolecia przedstawiono w tabeli 3. Tabela 3. Skrajne i średnie stany wody (cm) przy polskim wybrzeżu Bałtyku w 2001 roku (P.Z. wodowskazu = 508 cm, Kr.tj. 500 cm N.N.55) Miejscowość I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Rok WW Kołobrzeg SW NW WW Ustka SW NW WW Łeba SW NW WW Władysławowo SW NW Źródło: Warunki środowiskowe Polskiej Strefy Południowego Bałtyku, IMiGW, Gdynia Zeszyty Naukowe AMW

9 Ocena głębokości toru podejściowego na południe od Ławicy Słupskiej Metoda uproszczona 2 na określenie maksymalnego zanurzenia statku mogącego bezpiecznie nawigować w akwenie spłyconym przy wykorzystaniu przestrzennego modelu domeny statku. Z definicji domeny [10] (z jej cechy wyłączności) wynika, że statek będzie bezpieczny, dopóki w obrębie swojej domeny będzie on jedynym obiektem ruchomym lub stałym, stanowiącym (z nawigacyjnego punktu widzenia) jedyne źródło mogące generować tam zagrożenie (w naszych rozważaniach pomija się możliwość zaistnienia innych wypadków morskich niż te, które związane są bezpośrednio z ruchem statku i jego nawigacją). W odniesieniu do płaszczyzny pionowej lokalnego (statkowego) układu odniesienia, liczonej w dół od środka tego układu, można jednoznacznie stwierdzić, że statek pozostanie bezpieczny, dopóki wartość głębokości jego domeny G D będzie mniejsza od rzeczywistej głębokości akwenu H. A zatem składową R NG ryzyka nawigacyjnego R N (nazwijmy ją składową pionową ryzyka nawigacyjnego od zachowania rezerwy głębokości lub krócej ryzykiem od zachowania głębokości) można będzie przedstawić za pomocą następującej zależności: 0 gdy H > G D R NG = 0 1 gdy T max < H G D. (10) 1 gdy H T max Z definicji ryzyka nawigacyjnego [11] wiemy, że jeżeli wartość ryzyka pochodzącego od czynników A i (obiektów) wynosi 0, oznacza to pełne bezpieczeństwo nawigacyjne względem tych czynników (obiektów). Zgodnie z zależnością (10) warunek H > GD może więc być definiowany jako gwarancja bezpiecznej żeglugi statku względem obiektów podwodnych umieszczonych na głębokościach mniejszych od H. Jeżeli głębokość akwenu H okazałaby się jednak mniejsza lub równa zanurzeniu statku ( H Tmax ), wówczas zgodnie z zależnością (10) realizacja podróży morskiej może okazać się niemożliwa 2 lub wysoce niebezpieczna (ryzykowna). Zaistnienie powyższej sytuacji sprawi zatem, że wartość ryzyka nawigacyjnego R NG wzrośnie do jedności, a to można interpretować jako pewne (stuprocentowe) prawdopodobieństwo zaistnienia awarii morskiej (wypadku) wskutek zderzenia (kontaktu) z podwodną przeszkodą nawigacyjną umieszczoną na głębokości mniejszej lub równej H. Po przeprowadzeniu dalszej analizy logicznej dla przedstawionej powyżej sytuacji można wysunąć wniosek, że dla głębokości h ograniczonych przedziałem T max <H G D ryzyko nawigacyjne R NG będzie przybierać wartości pośrednie z przedziału 2 W rozważaniach pomija się możliwość zmniejszenia zanurzenia statku na przykład przez jego odbalastowanie. 4 (179)

10 Grzegorz Rutkowski, Andrzej Królikowski R NG 0,1, co jasno wyraża część środkowa zależności (10). Wzór ogólny na wartość ryzyka R NG dla argumentów H z tak opisanego przedziału ( Tmax < H GD ) można wyrazić wzorem: G D H R NG =. (11) G Wyznaczenie głębokości G D i wysokości W D domeny statku w praktyce sprowadza się do określenia pionowej rezerwy nawigacyjnej statku R G. Mając jednak na względzie informacje zawarte w pracy [10], wzory uproszczone na głębokość i wysokość domeny przybiorą wówczas postać: T max R i D T max G = T + R = T + R [m], (12) D max G G D głębokość domeny statku [m]; maksymalne zanurzenie statku [m]; składowe pionowej rezerwy nawigacyjnej statku według opisu zamieszczonego w pracy [10], [m] lub w wersji bardziej rozbudowanej: G = D T + Ri + Ri + Ri + Ri + Ri = R i= 1 i= 12 i= 19 i= 25 i= 27 R ThH R FW ThH max 35 i = 1 ( T,TA,RD ) + R ( v,l,b,h,q) + R ( v,b,l,t,c,b,h) funkcja określająca części składowe R 1 R 24 nawigacyjnej rezerwy głębokości (składowe statyczne dotyczące określenia zanurzenia statku T, głębokości akwenu H oraz pochodzące od działania czynników hydrometeorologicznych H (R H )) zależna od zanurzenia statku T [m], typu akwenu pływania TA oraz rodzaju dna RD [m]; funkcja określająca części składowe R 25 R 26 nawigacyjnej rezerwy głębokości, określająca zmianę pionowej rezerwy nawigacyjnej statku na skutek dynamicznego działania fali F i wiatru W, zależna od parametrów statku: v, B, L, C B oraz parametrów fali: λ, h f i q [m]; R z,td funkcja określająca części składowe R 27 R 35 nawigacyjnej rezerwy głębokości określająca osiadanie statku z oraz dynamiczne przegłębienie t d, zależna głównie od parametrów statku: v, B, L, T, C B oraz parametrów akwenu: b, H [m]; t wartość bezwzględna przegłębienia statku (trymu): t = T R T D T max T min [m]. FW f i z,td B [m], (13) 44 Zeszyty Naukowe AMW

11 Ocena głębokości toru podejściowego na południe od Ławicy Słupskiej Dokładna znajomość wyszczególnionych czynników R i pionowej rezerwy nawigacyjnej statku R G umożliwia dokładne oszacowanie pionowych parametrów domeny. Ponieważ jednak nie wszystkie dane są osiągalne (dostępne) podczas normalnej eksploatacji statku, wyrażenie (12) zredukujemy do postaci wzorów uproszczonych zawierających najbardziej istotne parametry funkcji G D Mając na względzie aspekty natury bezpieczeństwa przyjęto, iż oszacowane wzory uproszczone powinny zawyżać nieco wartości parametrów G D względem ich wartości rzeczywistych. W toku prowadzonych badań [10] postanowiono również wyodrębnić statyczną rezerwę głębokości (n T max ), osiadanie statku (k z max ) oraz dynamiczne działanie wiatru i fali (0,66 m h f ). Przyjmując ponadto zalecaną przez konstruktorów kadłuba i armatorów statków metodę C. B. Barrassa na osiadanie statku w ruchu oraz uwzględniając aktualne wartości zakłóceń zewnętrznych, ostrzeżenia nawigacyjne oraz inne dane dostępne na statku podczas normalnej jego eksploatacji, wzory uproszczone na głębokość G D domeny statku przybiorą następującą postać: uwzględniając metodę dokładną C. B. Barrassa na osiadanie statku w ruchu (z ograniczeniem metody) 0,5 C B 0,9; 0 t/l 0,005; 1,1 h/t 1,4) 2 1 BT 3 2, 08 G D = n T max + 0,66 m h f + k C B v [m]; (14) d 30 bh BT G D v d uwzględniając metodę uproszczoną C. B. Barrassa na osiadanie statku w ruchu w akwenie płytkim (z ograniczeniem metody): G D 1,1 H/T 1,2) 2 ( 0,01 C ) = n T 0 v [m], (15) max +,66 m h f + k B. głębokość domeny liczona od linii zanurzenia statku w dół [m]; prędkość statku nad dnem obliczona ze wzoru, odczytana z mapy lub uzyskana ze wskazań takich przyrządów nawigacyjnych, jak log dopplerowski bądź systemy nawigacyjne dużej dokładności, np. DARPS, DGPS [w]; B, L, T, C B parametry statku: szerokość B [m], długość L [m], zanurzenie T [m], współczynnik pełnotliwości kadłuba C B ; b, H, h f parametry akwenu: głębokość H [m], szerokość b [m], wysokość fali h f [m]; n współczynnik liczbowy (1,1 n 1,3) zależny od typu akwenu i rodzaju dna morskiego decydujący o wartości składowej statycznej pionowej rezerwy nawigacyjnej statku. 4 (179)

12 Grzegorz Rutkowski, Andrzej Królikowski Tabela 4. Wartości liczbowe współczynnika n funkcji zależnej od typu akwenu i rodzaju dna n Typ akwenu (TA) Rodzaj dna (RD) 1,1 Akweny portowe Dno muliste 1,15 Redy, podejścia do portów Dno piaszczyste > 1,2 Akweny odsłonięte Dno skaliste Źródło: opracował G. Rutkowski. m współczynnik liczbowy (0,5 m 1,5) zależny od parametrów statku: v, B, L, C B oraz fali: λ, h f i q Tabela 5. Wartości liczbowe współczynnika m w funkcji R FW = f (m, L, B, λ, h f, q) zależnej od parametrów statku i fali m Dla fali z dziobu lub rufy(q 000 lub 180 ) Dla fali z burty (q 090 ) 0,500 Gdy: v = 0, a L > λ Gdy: v = 0, a B > 0,5 λ 1,000 Gdy: v 10 w, a L > λ Gdy: v 10 w, a B > 0,5 λ 1,125 Gdy: v < 10 w, a L < 0,5 λ Gdy: v < 10 w, a B < 0,5 λ 1,250 Gdy: v 10 w, a L < 0,5 λ Gdy: v 10 w, a B < 0,5 λ Źródło: opracował G. Rutkowski. k współczynnik liczbowy (1,0 k 2,0) zależny od parametrów statku i typu akwenu oraz sytuacji nawigacyjnej, w jakiej znalazł się statek podczas żeglugi (np. wyprzedzanie, mijanie, żegluga nad nierównościami dennymi, żegluga w lodach, mule); współczynnik ten wynika z rozbieżności, jakie mogą powstać na skutek błędnie ocenionego osiadania statku (przyjętej metody obliczeń) Tabela 6. Wartości liczbowe współczynnika k funkcji R z,td = f (k, v, B, L, T, C B, H, b) zależnej od parametrów statku i akwenu k Parametry statku Parametry akwenu Zgodne z przyjętą metodą obliczeń lub Zgodne z przyjętą metodą obliczeń lub niezgodne, ale mniej rygorystyczne, np. statki niezgodne, ale mniej rygorystyczne, smuklejsze i wolniejsze od statków przyjętych np. parametry akwenu większe w metodzie obliczeń od polecanych w metodzie (b, H, S) 1,0 1,5 Niezgodne z przyjętą metodą obliczeń, np. statki bardziej pełnotliwe od zalecanych w metodzie Zgodne z przyjętą metodą obliczeń lub niezgodne, ale mniej rygorystyczne, np. statki smuklejsze i wolniejsze od statków przyjętych w metodzie obliczeń 2,0 Niezgodne z przyjętą metodą obliczeń, np. statki bardziej pełnotliwe od zalecanych w metodzie Źródło: opracował G. Rutkowski. Zgodne z przyjętą metodą obliczeń lub niezgodne, ale mniej rygorystyczne, np. parametry akwenu większe od polecanych w metodzie (b, H, S) Niezgodne z przyjętą metodą obliczeń (parametry akwenu mniejsze od zalecanych), żegluga poza osią kanału, wyprzedzanie lub mijanie w kanale Niezgodne z przyjętą metodą obliczeń (parametry akwenu mniejsze od zalecanych), żegluga poza osią kanału, wyprzedzanie lub mijanie w kanale 46 Zeszyty Naukowe AMW

13 Ocena głębokości toru podejściowego na południe od Ławicy Słupskiej Zakładając, że ryzyko nawigacyjne określone względem głębokości R NG przyjmować będzie nadal graniczną wartość zero, gdy głębokość domeny statku G D równa będzie głębokości nawigacyjnej akwenu H N, wówczas przekształcając wzory (14) i (15) względem niewiadomej T, otrzymamy wzory ogólne na pożądaną wartość maksymalnego zanurzenia statku T max, który mógłby jeszcze bezpiecznie nawigować w akwenie. Dla przykładu, wykorzystując wzór uproszczony (15) słuszny dla płytkowodzia (z ograniczeniem metody: 1,1 H N /T 1,2), maksymalne dopuszczalne zanurzenie statku w akwenie spłyconym można obliczyć z zależności: 2 ( 0,01 C. v ) H N 0,66 m h f k B T max = n [m], (16) T max maksymalne zanurzenie statku [m]; H N głębokość nawigacyjna akwenu [m]; h f wysokość fali [m]; C B współczynnik pełnotliwości kadłuba [ ]; v d prędkość statku nad dnem [w]; n współczynnik liczbowy (1,1 n 1,3) zależny od typu akwenu i rodzaju dna morskiego decydujący o wartości składowej statycznej pionowej rezerwy nawigacyjnej statku (tabela 4); m współczynnik liczbowy (0,5 m 1,5) zależny od parametrów statku: v, B, L, k C B oraz parametrów fali: λ, h f i q określany z tabeli 5; współczynnik liczbowy (1,0 k 2,0) zależny od parametrów statku i typu akwenu oraz sytuacji nawigacyjnej, w jakiej znalazł się statek podczas żeglugi (np. wyprzedzanie, mijanie, żegluga nad nierównościami dennymi, żegluga w lodach, mule); współczynnik ten wynika z rozbieżności jakie mogą powstać na skutek błędnie ocenionego osiadania statku (przyjętej metody obliczeń). Wyniki obliczeń dokonane dla akwenu Rynny Słupskiej w funkcji prędkości statku oraz współczynnika pełnotliwości jego kadłuba przedstawiono w tabeli 7. W obliczeniach przyjęto głębokość domeny G D równoznaczną z nawigacyjną bezpieczną głębokością akwenu H N. Dla warunków przeciętnych przyjęto H N1 = 17,70 m, co wynika z poprawienia głębokości wody odczytanej z mapy H 1 = 18,00 m określonej względem poziomu wody średniej (SW) o możliwe średnie oscylacje lustra wody Δh = ±0,30 m (18,00 m 0,30 m = 17,70 m). Dla warunków ekstremalnych przyjęto oscylacje Δh = ±0,60 m oraz głębokość nawigacyjną akwenu H N2 = 17,40 m. 4 (179)

14 Grzegorz Rutkowski, Andrzej Królikowski Tabela 7. Przykładowe wartości maksymalnego zanurzenia statku obliczone według zależności (16) z ograniczeniem metody 1,1 H/T 1,2, dla warunków przeciętnych (h f = 3 m, λ = 150 m, Δh = ±0,30 m, H N1 = 17,70 m) i ekstremalnych (h f = 5 m, λ = 160 m, Δh = ±0,60 m, H N2 = 17,40 m) oraz różnych typów statków (współczynnik pełnotliwości kadłuba) i prędkości przejścia. W obliczeniach przyjęto następujące wartości współczynników: n = 1,20, m = 1 oraz k = 1 Współczynnik pełnotliwości kadłuba C B Prędkość statku w węzłach [w] 4 w 6 w 8 w 10 w 12 w 14 w Średnie Ekstrem. Średnie Ekstrem. Średnie Ekstrem. Średnie Ekstrem. Średnie Ekstrem. Średnie Ekstrem. 0,5 13,03 11,68 12,95 11,60 12,83 11,48 12,68 11,33 12,50 11,15 12,28 10,93 0,6 13,02 11,67 12,92 11,57 12,78 11,43 12,60 11,25 12,38 11,03 12,12 10,77 0,7 13,01 11,66 12,89 11,54 12,73 11,38 12,52 11,17 12,26 10,91 11,96 10,61 0,8 12,99 11,64 12,86 11,51 12,67 11,32 12,43 11,08 12,14 10,79 11,79 10,44 0,9 12,98 11,63 12,83 11,48 12,62 11,27 12,35 11,00 12,02 10,67 11,63 10,28 1,0 12,97 11,62 12,80 11,45 12,57 11,22 12,27 10,92 11,90 10,55 11,47 10,12 Źródło opracował G. Rutkowski. Dla uproszczenia w obliczeniach przyjęto falę nadchodzącą z dziobu lub rufy statku o wysokości do 3,00 m i długości do 150 m dla warunków przeciętnych oraz falę o wysokości do 5,00 m i długości około 160 m dla warunków ekstremalnych. Bezwymiarowe współczynniki odczytane z tabel 5. i 6. przyjęto według zasady: m = 1,0 i k = 1,0, a współczynnik n określony z tabeli 4. dla akwenu odsłoniętego z twardym dnem piaszczysto-skalistym charakterystycznym dla Rynny Słupskiej przyjęto jako n = 1,20. Otrzymane wyniki zestawiono w tabeli 7. PODSUMOWANIE Reasumując powyższe, zgodnie z zależnością (8) (metoda 1) największe dopuszczalne zanurzenie statku T c, który mógłby bezpiecznie nawigować w obrębie Rynny Słupskiej (akwen otwarty), nie powinno przekroczyć wartości T c1 = 14,78 m dla H t = 17,0 m (warunki przeciętne) oraz T c1 = 14,35 m dla H t = 16,5 m (morze wzburzone falowaniem). 48 Zeszyty Naukowe AMW

15 Ocena głębokości toru podejściowego na południe od Ławicy Słupskiej Nieco inne wyniki obliczeń (patrz tabela 7.) uzyskano, wykorzystując metodę uproszczoną 2 opartą na modelu przestrzennym domeny statku. Maksymalne dopuszczalne zanurzenie T c obliczone według wzoru (16) dla statku handlowego o współczynniku pełnotliwości kadłuba C B = 0,8 w zależności od panujących warunków hydrometeorologicznych w akwenie oraz prędkości statku nad dnem przyjmuje wartości od 10,44 m dla warunków ekstremalnych i prędkości statku nad dnem v = 14 w do 12,99 m dla warunków przeciętnych oraz prędkości statku v = 4 w. Metoda uproszczona druga umożliwia więc określenie większego marginesu bezpieczeństwa dla Rynny Słupskiej. BIBLIOGRAFIA [1] Blomgren S., Larson M., Hanson H., Numerical Modeling of the Wave Climate In the Southern Baltic Sea, Journal of Coastal Research, CERF, Spring [2] Dynamics of Coastal Waters and their modeling, ed. by J. Sundermann, Institut fur Meereskunde, Hamburg [3] Gucma S., Jagniszczak I., Nawigacja morska dla kapitanów, Wydawnictwo Foka, Szczecin [4] Intersea I, Intrasea II, materiały Urzędu Morskiego w Gdyni, [5] Joseph M., Assesing the Precision of Depth Data, International Hydrographic Reviev, Monaco, July 1991, LXVII (2). [6] Jurdziński M., Planowanie nawigacji w żegludze przybrzeżnej, Fundacja Rozwoju WSM w Gdyni, [7] Nowicki A., Wiedza o manewrowaniu statkami morskimi, Wydawnictwo Trademar, Gdynia [8] Paszkiewicz Cz., Falowanie wiatrowe Morza Bałtyckiego, rozprawa habilitacyjna, Polska Akademia Nauk Komitet Badań Morza, Wydawnictwo PAN, Warszawa [9] Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 7 maja 2002 roku w sprawie dróg wodnych. [10] Rutkowski G., Modelowanie domeny statku w procesie manewrowania w ograniczonych akwenach, rozprawa doktorska, Politechnika Warszawska WT, Warszawa (179)

16 Grzegorz Rutkowski, Andrzej Królikowski [11] Rutkowski G., Modelowanie domeny statku w procesie manewrowania w ograniczonych akwenach, Politechnika Warszawska WT, Prace Naukowe T, Warszawa [12] Rutkowski G. Zastosowanie modelu domeny do oceny bezpieczeństwa nawigacyjnego statków poruszających się w akwenach ograniczonych, Politechnika Warszawska WT, Prace Naukowe T, Warszawa [13] Warunki środowiskowe Polskiej Strefy Południowego Bałtyku w 2001 roku, Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej, Gdynia ESTIMATION OF APPROACH LANE S DEAPTH SOUTH OF SLUPSK SANDBANK WITH REGARD TO SERVICES PROVIDED FOR VESSELS OF MAXIMUM DIMENSIONS SIMPLIFIED METHODS ABSTRACT The paper includes an analysis of maximum draught of a merchant vessel to maintain safety of navigation in different external condition (average and extreme) in Slupsk Trough and keep required under keel clearance, i.e. navigational reserve of depth. To determine the maximum draught of a vessel we use practical method which incorporates risk of navigational and three- -dimensional model of ship s domain. The results obtained will be compared with guidelines published by Decree of Minister of Transport and Maritime Economy dated 01 June 1998 on technical conditions to be met by hydro mechanical marine structures which provide service for vessels of specific dimensions. Keywords: approach lane, Slupsk Trough, maximum draught of ship, navigational reserve of depth, marine structures. Recenzent dr inż. Wacław Morgaś, prof. AMW 50 Zeszyty Naukowe AMW